Symulator pojazdu z obsługą J1939 CAN

Przegląd

Symulator pojazdu ( gva-vehicle-sim ) to kompleksowe narzędzie testowe i programistyczne dla platformy GVA (Generic Vehicle Architecture). Zapewnia realistyczną symulację dynamiki pojazdu ze zintegrowanym generowaniem komunikatów magistrali CAN J1939 , umożliwiając testowanie w pętli sprzętowej bez konieczności instalowania fizycznego sprzętu w pojeździe.

Korzyści z symulacji J1939 w generowaniu wiadomości

🎯 Zalety rozwoju i testowania

1. Rozwój niezależny od sprzętu

   • Twórz i testuj aplikacje GVA bez fizycznego sprzętu CAN
   • Nie ma potrzeby stosowania drogich sterowników ECU ani stanowisk testowych
   • Równoległy rozwój w wielu zespołach

2. Realistyczne zachowanie pojazdu

   • Generuje autentyczne numery grup parametrów J1939 (PGN) i numery podejrzanych parametrów (SPN)
   • Symuluje realistyczną dynamikę pojazdu (prędkość, obroty silnika, zmiana biegów, hamowanie)
   • Zapewnia zsynchronizowane w czasie dane z czujników

3. Redukcja kosztów

   • Eliminuje potrzebę fizycznych pojazdów testowych na wczesnym etapie rozwoju
   • Wirtualny interfejs CAN ( vcan0 ) umożliwia testowanie na dowolnej stacji roboczej z systemem Linux
   • Zmniejsza zużycie sprzętu fizycznego

4. Szybkie prototypowanie

   • Natychmiastowa pętla sprzężenia zwrotnego do rozwoju algorytmów
   • Łatwe tworzenie i odtwarzanie scenariuszy
   • Konfigurowalne szybkości przesyłania wiadomości i wzorce danych

5. Testowanie integracyjne

   • Sprawdź funkcjonalność bramy J1939
   • Przepływ danych testowych z CAN do tematów DDS
   • Sprawdź reakcję HMI na parametry pojazdu

6. Powtarzalne testy

   • Deterministyczne zachowanie pojazdu
   • Powtarzalne scenariusze testowe
   • Spójna linia bazowa do testów regresyjnych

📊 Obsługa wiadomości J1939

✅ W pełni obsługiwane PGN-y (zaimplementowane w symulatorze pojazdu)

Symulator pojazdu aktywnie generuje następujące komunikaty J1939 przez magistralę CAN i publikuje je w systemie DDS za pośrednictwem bramy:

Szczegółowa lista SPN (wszystkie obsługiwane parametry)

Łącznie: 15 PGN, 33 SPN aktywnie symulowane

🔲 Nieobsługiwane PGN-y (jeszcze nie zaimplementowane)

Następujące komunikaty J1939 nie są obecnie generowane przez symulator pojazdu. Stanowią one potencjalne przyszłe udoskonalenia:

Dlaczego nie są one wdrażane

Łącznie: 22 nieobsługiwane PGN-y

🛠️ Cechy techniczne

• Obsługa sieci drogowej OpenDRIVE : podążaj za realistyczną geometrią drogi
• Symulacja automatycznej skrzyni biegów : zmiana biegów w zależności od prędkości i przepustnicy
• Dynamika oparta na fizyce : Przyspieszanie, hamowanie, kierowanie z realistycznymi ograniczeniami
• Integracja DDS : bezpośrednie publikowanie w tematach J1939 Automotive PSM
• Qt6 GUI : Wizualizacja w czasie rzeczywistym i sterowanie ręczne

Architektura J1939 do bramy DDS

Poniższy diagram sekwencji ilustruje kompletny przepływ danych od komunikatów magistrali CAN J1939 poprzez bramkę do abonentów DDS:

Wyjaśnienie diagramu sekwencji

1. Faza generowania wiadomości

• Symulator pojazdu oblicza realistyczne parametry pojazdu na podstawie danych wprowadzanych przez kierowcę i praw fizyki
• Koduje parametry do ramek CAN J1939 z odpowiednią strukturą PGN/SPN
• Przesyła do wirtualnego interfejsu CAN (vcan0)

2. Faza odbioru CAN

• Wątek Qt SocketCanReader ciągle odczytuje dane z interfejsu CAN
• Sprawdza format ramki CAN (rozszerzony identyfikator 29-bitowy)
• Wysyła sygnał Qt z surowymi danymi ramki

3. Faza dekodowania J1939

• Dekoder J1939 wyodrębnia informacje o protokole z identyfikatora CAN:
  • PGN : Numer grupy parametrów (identyfikuje typ wiadomości)
  • Adres źródłowy : Identyfikator ECU (0-253)
  • Priorytet : Pilność wiadomości (0=najwyższa, 7=najniższa)
• Dekoduje ładunek danych na poszczególne SPN-y przy użyciu konfiguracji:
  • Pozycja i długość bitu
  • Współczynnik skali i przesunięcie
  • Jednostki inżynieryjne

4. Faza publikacji DDS

• Gateway publikuje C_Parameter_Group_Definition (metadane PGN) przy pierwszym wystąpieniu
• Dla każdego SPN w wiadomości:
  • Tworzy komunikat C_Parameter z wartością i statusem
  • Dodaje znacznik czasu i identyfikację źródła
  • Publikuje w temacie DDS
• Okresowe aktualizacje statusu (1 Hz) publikują informacje o stanie bramy

5. Faza konsumpcji

• Aplikacje GVA (HMI, LDMX) subskrybują tematy J1939 DDS
• Odbieraj aktualizacje parametrów za pośrednictwem oprogramowania pośredniczącego DDS
• Zaktualizuj elementy interfejsu użytkownika (prędkościomierz, obrotomierz, wyświetlacz biegów)

Szczegóły protokołu

Struktura identyfikatora CAN J1939 (29-bitowa)

 Bits 28-26: Priority (0-7)
Bit  25:    Reserved
Bit  24:    Data Page (DP)
Bits 23-16: PDU Format (PF)
Bits 15-8:  PDU Specific (PS) - group extension or destination
Bits 7-0:   Source Address (SA)

PGN = (DP << 16) | (PF << 8) | (PS if PF >= 240 else 0)

Przykład dekodowania ramek CAN

 CAN ID: 0x18F00400
Binary: 00011000111100000000010000000000

Priority:  0x6 (bits 28-26) = 6 (normal priority)
Reserved:  0   (bit 25)
DP:        0   (bit 24)
PF:        0xF0 (bits 23-16) = 240 (broadcast)
PS:        0x04 (bits 15-8)  = 4 (group extension)
SA:        0x00 (bits 7-0)   = 0 (engine controller)

PGN = (0 << 16) | (240 << 8) | 4 = 61444 (EEC1 - Engine Controller 1)

Szybki start

1. Zbuduj symulator pojazdu

 cd build
cmake ..
make gva-vehicle-sim

2. Konfiguracja wirtualnej sieci CAN

 sudo scripts/test/j1939/setup-vcan.sh

3. Uruchom symulator pojazdu

 # GUI mode with OpenDRIVE track
./build/bin/gva-vehicle-sim \
  --domain=0 \
  --opendrive=data/opendrive/ZalaZONE_full.xodr \
  --can-interface=vcan0

# Headless mode with J1939 only
./build/bin/gva-vehicle-sim \
  --domain=0 \
  --can-interface=vcan0 \
  --headless

4. Uruchom bramę J1939

 ./build/bin/gva-j1939-gateway \
  --domain=0 \
  --interface=vcan0 \
  --config=/etc/gva/j1939-config.json

5. Monitoruj za pomocą LDMX

 ./build/bin/ldmx
# Navigate to J1939 tab to see live parameters

Konfiguracja

Konfiguracja symulatora pojazdu

Utwórz plik vehicle-sim-config.json :

 {
  "j1939": {
    "enabled": true,
    "sourceAddress": 0,
    "gatewayResourceId": 1000,
    "updateRateHz": 10
  },
  "vehicle": {
    "maxSpeed": 120.0,
    "maxRpm": 6000,
    "gearRatios": [3.5, 2.5, 1.8, 1.3, 1.0, 0.8],
    "engineIdleRpm": 800
  }
}

Konfiguracja bramy J1939

Definicje PGN/SPN i parametry skalowania można znaleźć w /etc/gva/j1939-config.json .

Przypadki użycia

1. Rozwój HMI

• Utwórz tablicę rozdzielczą pojazdu bez fizycznego pojazdu
• Test renderowania i animacji zestawu wskaźników
• Sprawdź progi ostrzegawcze/alarmowe

2. Testowanie algorytmów

• Testuj algorytmy jazdy ekologicznej z symulowanym zużyciem paliwa
• Sprawdź logikę konserwacji predykcyjnej
• Testuj autonomiczne podejmowanie decyzji podczas jazdy

3. Testowanie integracyjne

• Zweryfikuj przepływ danych od początku do końca: CAN → DDS → Aplikacja
• Test wydajności bramy pod obciążeniem
• Sprawdź synchronizację danych między podsystemami

4. Szkolenie i demonstracja

• Bezpieczne środowisko do szkolenia operatorów
• Pokazy dla klientów bez pojazdu
• Narzędzie edukacyjne dla architektury GVA

Charakterystyka wydajności

Porównanie: fizyczne i symulowane

Rozwiązywanie problemów

Typowe problemy

Nie znaleziono interfejsu CAN

 # Verify vcan0 exists
ip link show vcan0

# Recreate if needed
sudo scripts/test/j1939/setup-vcan.sh

Brak wiadomości DDS

 # Check gateway is running
pgrep -a gva-j1939-gateway

# Verify domain ID matches
./build/bin/gva-j1939-gateway --domain=0
./build/bin/gva-vehicle-sim --domain=0

Brama nie dekoduje wiadomości

 # Check CAN frames are being sent
candump vcan0

# Verify configuration file
cat /etc/gva/j1939-config.json

Zamów demonstrację już dziś.